KR20070114544A - 생체 신호 측정 시스템 - Google Patents

생체 신호 측정 시스템 Download PDF

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KR20070114544A
KR20070114544A KR1020060048256A KR20060048256A KR20070114544A KR 20070114544 A KR20070114544 A KR 20070114544A KR 1020060048256 A KR1020060048256 A KR 1020060048256A KR 20060048256 A KR20060048256 A KR 20060048256A KR 20070114544 A KR20070114544 A KR 20070114544A
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건양대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 환자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 생체 신호 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 휠체어 및 보행기 중 적어도 어느 하나의 손잡이부에 밴드 형태 또는 손가락 형태로 형성된 측정전극을 이용하여 피검사자의 생체 신호를 측정하는 측정 모듈과; 상기 측정 모듈로부터의 상기 생체 신호를 유선통신 및 무선통신 중 적어도 어느 하나의 통신을 통해 수신하여 상기 피검사자의 상태를 관측하는 관리 모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

생체 신호 측정 시스템{LIVING BODY SIGNAL MEASUREMENT SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 측정 모듈이 형성된 보행기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 측정 모듈의 측정 전극이 형성된 휠체어를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 측정 전극을 감싸도록 형성된 팔목 보호대를 나타낸 도면이다.
도 5a 는 본 발명의 측정모듈을 나타낸 블럭도이다.
도 5b는 도 5a의 센서 노드를 나타낸 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 구동 방법을 나타낸 순서도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 측정 전극 102 : 표시부
104 : 전원 제어부 108 : 센서 노드
110 : 관리 모듈 112,122 : 손잡이부
114 : 보행기 116,118 : 중앙 지지대
120 : 측정 모듈 124 : 휠체어
130 : 기지국 140: 중계 단말기
142 : 고대역 통과 필터 144 : 계측 증폭부
146 : 저대역 통과 필터 148 : 아날로그 신호 계측부
150 : 디지털 신호 계측부 152 : 아날로그 디지털 컨버터
154 : 송수신기 156 : 신호 처리부
158 : 통신 모듈 160 : 개인용 단말기
162 : 팔목 보호대
본 발명은 생체 신호 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 환자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 생체 신호 측정 시스템에 관한 것이다.
의료과학의 발전과 인간수명의 증가에 따른 고령인구가 증가하면서 고령인구에 대한 의료복지혜택에 관심이 높아지고 있다. 그와 비례하여, 많은 고령자 및 신체활동이 부자유스러운 사람들이 홀로 거주하는 현상이 증가하고 있다. 따라서, 고령자들 뿐만 아니라 병원의 심장 질환 환자에 대한 건강 상테를 실시간으로 모니 터링할 필요가 있다. 특히, 일상 생활 중 갑작스럽게 발병할 수 있는 심장질환을 조기에 예방, 이로 인한 후유증을 최소화하고 심지어는 사망하지 않도록 하기 위해서 휴대용 측정 시스템의 개발이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 환자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 생체 신호 측정 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 휠체어 및 보행기 중 적어도 어느 하나의 손잡이부에 밴드 형태 또는 손가락 형태로 형성된 측정전극을 이용하여 피검사자의 생체 신호를 측정하는 측정 모듈과; 상기 측정 모듈로부터의 상기 생체 신호를 유선통신 및 무선통신 중 적어도 어느 하나의 통신을 통해 수신하여 상기 피검사자의 상태를 관측하는 관리 모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정 모듈은 상기 측정전극으로부터의 생체 신호를 표시하는 표시부와; 상기 생체 신호를 수집 처리하는 센서 노드와; 상기 센서 노드를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서 노드는 상기 측정 전극들을 통해 입력된 생체 신호에서 잡음을 제거하는 적어도 하나의 필터와; 상기 잡음이 제거된 생체 신호를 증폭하는 계측 증 폭부와; 상기 증폭된 아날로그 형태의 생체 신호를 디지털 형태의 생체 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와; 디지털 적응 필터용 알고리즘을 이용하여 마이크로 프로세서로 형성되어 상기 디지털 형태의 생체 신호에서 잡음을 제거하는 신호 처리부와; 상기 신호 처리부로부터의 잡음이 제거된 디지털 형태의 생체 신호를 상기 관리 모듈에 전송하는 통신 모듈과; 상기 신호 처리부로부터의 잡음이 제거된 디지털 형태의 생체 신호를 송수신하는 송수신기와; 상기 송수신기로부터의 생체 신호를 표시하는 개인용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정 모듈은 무선 및 유선 중 적어도 어느 하나의 인터넷 또는 지그비를 통해 상기 관리 모듈에 상기 생체 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제 외에 본 발명의 다른 기술적 과제 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 생체 신호 측정 장치는 환자 또는 고령자인 피검사자의 생체 신호를 측정하는 측정 모듈(120)과, 유무선통신을 통해 측정 모듈(120)로부터의 생체 신호들을 수신하는 관리 모듈(110)과, 관리 모듈(110)에서 수신한 생체 신호를 저장 및 관리하는 메인 서버(170)를 구비한다.
측정 모듈(120)은 측정 전극들로부터 공급된 생체 신호를 수집하여 관리 모 듈(110)에 송신한다.
측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)이 병원 내 또는 가정 내와 같은 상대적으로 가까운 단거리로 이격된 경우, 측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)은 근거리 무선 통신을 수행한다. 이 때, 근거리 무선 통신 모듈로는 지그비(Zig-Bee), 블루투스(bluetooth), RF 통신 모듈 등이 이용된다. 특히, 지그비 통신 모듈은 전력 소모가 낮고 호환성과 노드당 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 유지 보수가 용이한 장점이 있다. 이 지그비 통신 모듈은 1~100m로 상대적으로 짧은 거리에서 데이터를 전송한다. 이 때, 측정 모듈(120)과 접속된 중계 단말기(140), 예를 들어 PDA, PC 등을 이용하면, 관리 모듈(110)과 측정 모듈(120)은 단거리보다 긴 중거리 또는 장거리 무선 통신을 수행할 수 있게 된다.
측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)이 상대적으로 먼 장거리로 이격된 경우, 측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)은 장거리 유선 또는/및 무선 통신을 수행한다. 예를 들어, 측정 모듈(120)로부터의 생체 신호는 기지국(130)과 RS232C 인터페이스를 통해 접속된 관리 모듈(110)에 공급된다.
측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)은 유/무선 인터넷을 통해 그들(120,110)의 이격거리(단거리, 중거리, 장거리)와 상관없이 유/무선 통신을 수행한다. 즉, 측정 모듈(120)에서 생성된 생체 신호는 유선 또는 무선 인터넷을 통해 관리 모듈(110)에 공급된다. 이 때, 측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)이 직접 유/무선 통신을 수행하거나 측정 모듈(120)과 접속된 중계 단말기(140)를 이용하여 측정 모듈(120)과 관리 모듈(110)이 유/무선 통신을 수행한다.
이러한 측정 모듈(120)은 피검사자의 보행을 돕는 휠체어 또는 보행기에 부착된다.
예를 들어, 보행기에 부착된 측정 모듈(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 피검사자로부터의 생체 신호를 측정하는 측정 전극(100)과, 측정 전극(100)으로부터의 측정된 생체 신호를 표시하는 표시부(102)와, 생체 신호를 수집 처리하는 센서 노드(108)와, 센서 노드(108)를 제어하는 전원제어부(104)를 구비한다.
측정 전극(100)은 피검사자가 파지할 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 보행기(114)의 손잡이부(112) 또는 도 3에 도시된 바와 같이 휠체어(124)의 손잡이부(122)의 장착된다. 좀 더 자세히 설명하자면, 측정 전극(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 손잡이부(112)에 장착된 팔목 보호대(162)의 외면에 중공 형태로 부착된다. 또한 이 측정 전극(100)의 외면은 피검사자가 손잡이부(112,122)를 잡을 때 피검사자의 피부와 측정 전극(110)의 접촉이 잘 될 수 있도록 손가락 모양으로 형성된다. 그리고, 상기 측정 전극(100)은 팔목에 찰 수 있도록 제작되어 부착될 수도 있다. 이러한 측정 전극(100)은 Au,Pt, Ag 또는 AgCl 등의 금속 재질로서 휠체어(124) 또는 보행기(114)의 손잡이부(112,122)에 탈부착되도록 설치되는 팔목보호대(162)의 외면에 부착된다. 한편, 측정 전극(100)들로부터 측정된 생체 신호의 기준이 되는 공통 전압을 측정하는 공통 전극(도시하지 않음)은 손가락의 두점과 접촉되거나 보행기의 손잡이에 별도로 형성될 수도 있다. 이는 공통 전극이 오른쪽 다리의 발목에 부착되는 경우 보행기에 의지하여 이동하는 피검사자의 불편을 최소하여 보다 안정적인 생체 신호 및 공통 전압을 얻기 위함이다.
이러한 측정 전극(100)들은 심장이 박동하면 심근에 발생한 미소한 활동 전위차를 측정하는 심전도(Electrocar-diogram : ECG) 또는 광혈류(Photo-plethysmography : PPG)를 측정한다. 피검사자의 심전도(ECG)는 표준 12리드에서 표준 리드 Ⅰ를 사용한다. 측정 전극(100)들을 통해 생성된 생체 신호는 신호 전송 라인(도시하지 않음)을 통해 센서 노드(108)에 공급된다.
한편, 측정 전극(100)을 이용하여 피검사자의 생체 신호를 측정시, 피검사자의 피부 움직임으로 인해 발생되는 활동 잡음(movement artifacts)을 최소화하기 위해, 측정 전극(100)과 피검사자의 피부 사이에는 별도의 젤 전해액이 채워 넣어질 수도 있다. 또한, 근육의 전기적인 활동으로 인해 발생되는 근육 잡음(muscle artifacts)을 최소화하기 위해, 측정 전에 피검사자의 근육을 안정화시킨다.
표시부(102)는 피검사자가 현재 상태의 생체 신호, 예를 들어 심전도를 관찰할 수 있을 정도의 큰 표시 소자, 예를 들어 액정 표시 소자(LCD) 또는 전계 발광 소자(OLED) 등으로 형성된다. 이러한 표시부(102)는 보행기(114)를 이용하는 피검사자의 시야 안에 들수 있도록 보행기(114)의 상측 중앙 지지대(118)에 체결/고정된다.
센서 노드(108)는 보행기(114)를 이용하는 피검사자의 보행에 방해가 되지 않도록 전원 제어부(104)와 함께 하측 중앙 지지대(116)에 체결/고정된다. 이러한 센서 노드(108)는 도 5에 도시된 바와 같이 아날로그 신호 계측부(148)와 디지털 신호 계측부(150)를 포함한다. 또한, 상기 센서 노드(108)은 관리모듈(110)에도 장착되어 상기 측정모듈(120)측 센서 노드(108)로부터 전송된 데이터가 관리모 듈(110)측 센서 노드(108)에서 수신하게 된다. 이러한 송ㆍ수신은 후술된 센서 노드(108)의 통신모듈(158)에 의해 이루어진다. 상기 관리모듈(110)측 센서 노드(108)은 아날로그 및 디지탈 신호 계측부(148,150)가 모두 포함되어 이루어질 수도 있고, 디지탈 신호 계측부(150)만 포함되어 이루어질 수도 있다. 상기 관리모듈(110)측 센서 노드(108)은 개인용 단말기(160)와 송수신기(154)를 통해 유선 및 무선으로 연결된다.
아날로그 신호 계측부(148)는 측정 전극들과 디지털 신호 계측부(150) 사이에 접속된 고대역 통과 필터(142)와, 계측 증폭부(144)와, 저대역 통과 필터(146)를 구비한다.
고대역 통과 필터(High Pass Filter)(142)는 측정 전극들을 통해 입력된 생체 신호에서 잡음을 제거한다. 이 고대역 통과 필터(142)는 입력된 생체 신호 중에서 예를 들어 100Hz이상의 생체 신호를 계측 증폭부(144)에 공급한다.
계측 증폭부(144)는 고대역 통과 필터(142)로부터의 생체 신호를 적당한 크기로 증폭하여 저대역 통과 필터(146)에 공급한다.
저대역 통과 필터(146)는 계측 증폭부(144)를 통해 증폭된 생체 신호에서 잡음을 제거한다. 이 저대역 통과 필터(146)는 입력된 생체 신호 중 1Hz 미만의 생체 신호를 디지털 신호 계측부(150)에 공급한다.
디지털 신호 계측부(150)는 아날로그 디지털 컨버터(152), 신호 처리부(156), 송수신기(154) 및 통신모듈(158)을 구비한다.
아날로그 디지털 컨버터(152)(ADC)는 아날로그 신호 계측부로부터의 아날로 그 형태의 생체 신호를 디지털 형태의 생체 신호로 변환하여 신호 처리부에 공급한다.
신호 처리부(156)는 잡음 제거용 알고리즘을 이용한 마이크로 프로세서인 디지털 적응 필터(adaptive filter)로 구현된다. 이러한 신호 처리부(156)는 아날로그 디지털 컨버터(152)로부터 공급된 디지털 형태의 생체 신호에 포함된 60Hz 전원 잡음 및 기저선 변동 등의 잡음을 제거한다. 특히, 신호 처리부(156)는 상대적으로 넓은 주파수 대역에 저주파 형태로 나타나는 활동 잡음과 근육 잡음이 완전히 제거된다.
송수신기(154)는 예를 들어 범용 비동기화 송수신기(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter : UART)가 이용된다. 이 송수신기(154)는 신호 처리부(156)로부터 활동 잡음과 근육 잡음 등의 노이즈가 제거된 생체 신호를 개인 단말기, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer : PC)(160)에 유선 또는 무선으로 공급한다.
통신 모듈(158)은 신호 처리부(156)로부터 활동 잡음과 근육 잡음 등의 노이즈가 제거된 생체 신호를 유선 또는/및 무선 통신을 이용하여 관리 모듈(110)에 장착된 통신 모듈(158)에 전송한다.
관리 모듈(110)은 유선 또는/및 무선 통신을 통해 수신된 디지털 형태의 생체 신호를 아날로그 형태의 생체 신호로 가공하여 제휴된 의료기관이나 정기적 검사를 담당하는 병원 등에 설치된 표시 소자에 표시한다. 관리 모듈(110)의 표시 소자에 표시된 생체 신호를 이용하여 의사 또는 간호사는 피검사자에 대한 심장의 이상유무 확인과 협심근, 심근경색, 부정맥등 심장계의 질환을 검출한다.
메인 서버(170)는 관리 모듈(110)과 LAN(Local Area Network) 상에서 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 데이터 통신을 수행한다. 이러한 메인 서버(170)는 관리 모듈(110)에서 수신한 생체 신호를 저장 및 관리한다. 메인 서버(170)에 저장된 생체 신호를 이용하여 환자의 건강 상태를 지속적으로 관리할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 시스템의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이에 대하여 도 1 내지 도 5를 결부하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 피검사자의 보행을 돕는 휠체어 또는 보행기에 부착된 밴드 형태의 측정 전극(100) 내에 피검사자의 손목을 삽입한다(S101단계). 이에 따라, 측정 전극(100)과 피검사자의 손목이 접촉됨으로써 생성된 피검사자의 생체 신호는 측정 전극(110) 및 신호 전송 라인을 통해 센서 노드(108)에 공급된다.
센서 노드(108)에 공급된 아날로그 형태의 생체 신호는 디지털 형태의 생체 신호로 가공됨과 아울러 디지털 형태의 생체 신호는 신호 처리부(156)를 통해 전원 잡음, 기저선 변동, 활동 잡음 및 근육 잡음이 제거된다(S102단계).
이와 같은 디지털 형태의 생체 신호는 유선 또는/및 무선 통신을 통해 관리 모듈(110)에 송신된다(S103단계).
관리 모듈(110)은 디지털 형태의 생체 신호를 수신하여 아날로그 형태의 생체 신호로 가공하여 제휴된 의료기관이나 정기적 검사를 담당하는 병원 등에 설치 된 표시 소자에 표시한다. 표시 소자에 표시된 생체 신호를 이용하여 의사 또는 간호사는 피검사자에 대한 심장의 이상유무의 관측과, 협심근, 심근경색, 부정맥등 심장계의 질환을 관측한다(S104단계).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 시스템은 휠체어 또는 보행기에 심전도 또는 심박수와 같은 생체 신호를 측정하는 측정 전극이 형성된다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 시스템은 병원에서 피검사자가 부득이하게 이동하더라도 피검사자의 생체 신호를 관측할 수 있을 뿐만 아니라 일반 가정에서도 자신의 건강을 실시간으로 관측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 시스템은 장기 입원 피검사자 및 노인성 만성 질피검사자들이 병원이나 가정 등 원하는 장소에서 지속적으로 의료 서비스를 지원 받을 수 있어 개인과 국가의 의료비 재정 부담을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 피검사자의 의료 서비스를 획기적으로 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 시스템은 디지털 적응 필터 알고리즘으로 형성된 신호 처리부를 이용하여 피 측정자의 다양한 움직임으로 발생되는 잡음을 제거할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발 명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (4)

  1. 휠체어 및 보행기 중 적어도 어느 하나의 손잡이부에 밴드 형태 또는 손가락 형태로 형성된 측정전극을 이용하여 피검사자의 생체 신호를 측정하는 측정 모듈과;
    상기 측정 모듈로부터의 상기 생체 신호를 유선통신 및 무선통신 중 적어도 어느 하나의 통신을 통해 수신하여 상기 피검사자의 상태를 관측하는 관리 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은
    상기 측정전극으로부터의 생체 신호를 표시하는 표시부와;
    상기 생체 신호를 수집 처리하는 센서 노드와;
    상기 센서 노드를 제어하는 전원 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서 노드는
    상기 측정 전극들을 통해 입력된 생체 신호에서 잡음을 제거하는 적어도 하나의 필터와;
    상기 잡음이 제거된 생체 신호를 증폭하는 계측 증폭부와;
    상기 증폭된 아날로그 형태의 생체 신호를 디지털 형태의 생체 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터와;
    디지털 적응 필터용 알고리즘을 이용하여 마이크로 프로세서로 형성되어 상기 디지털 형태의 생체 신호에서 잡음을 제거하는 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터의 잡음이 제거된 디지털 형태의 생체 신호를 상기 관리 모듈에 전송하는 통신 모듈과;
    상기 신호 처리부로부터의 잡음이 제거된 디지털 형태의 생체 신호를 송수신하는 송수신기와;
    상기 송수신기로부터의 생체 신호를 표시하는 개인용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 모듈은 무선 및 유선 중 적어도 어느 하나의 인터넷 또는 지그비를 통해 상기 관리 모듈에 상기 생체 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 시스템.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100910629B1 (ko) * 2007-06-27 2009-08-05 건양대학교산학협력단 생체신호 측정장치
KR101031007B1 (ko) * 2008-11-13 2011-04-25 세종대학교산학협력단 Ｉｅｅｅ 1451 기반 생체센서와의 연동을 위한 ｈｌ7 기반 메시지 구조의 메시지 전송방법 및 시스템 장치
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